Design and Optimization of Iron‐Based Superionic‐Like Conductor Anode for High‐Performance Lithium/Sodium‐Ion Batteries

阳极 锂(药物) 材料科学 离子 化学工程 金属 吸附 无机化学 化学 电极 冶金 物理化学 有机化学 医学 工程类 内分泌学
作者
Zihao Li,Yuanze Meng,Liying Wang,Xijia Yang,Yue Yang,Xuesong Li,Yi Jiang,Yang Gao,Wei Lü
出处
期刊:Small methods [Wiley]
标识
DOI:10.1002/smtd.202400843
摘要

Abstract Metal selenides have received extensive research attention as anode materials for batteries due to their high theoretical capacity. However, their significant volume expansion and slow ion migration rate result in poor cycling stability and suboptimal rate performance. To address these issues, the present work utilized multivalent iron ions to construct fast pathways similar to superionic conductors (Fe‐SSC) and introduced corresponding selenium vacancies to enhance its performance. Based on first‐principles calculations and molecular dynamics simulations, it is demonstrated that the addition of iron ions and the presence of selenium vacancies reduced the material's work function and adsorption energy, lowered migration barriers, and enhances the migration rate of Li + and Na + . In Li‐ion half batteries, this composite material exhibites reversible capacity of 1048.3 mAh g −1 at 0.1 A g −1 after 100 cycles and 483.6 mAh g −1 at 5.0 A g −1 after 1000 cycles. In Na‐ion half batteries, it is 687.7 mAh g −1 at 0.1 A g −1 after 200 cycles and 325.9 mAh g −1 at 5.0 A g −1 after 1000 cycles. It is proven that materials based on Fe‐SSC and selenium vacancies have great applications in both Li‐ion batteries and Na‐ion batteries.
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